先進(jìn)封裝CoWoS概述

什么是CoWoS

CoWoS 嚴(yán)格來說屬于2.5D 先進(jìn)封裝技術(shù)，由CoW 和oS 組合而來：先將芯片通過Chip on Wafer（CoW）的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW 芯片與基板（Substrate）連接，整合成CoWoS。核心是將不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實(shí)現(xiàn)多顆芯片互聯(lián)。

CoWoS自2011年經(jīng)臺積電開發(fā)后，經(jīng)歷5次技術(shù)迭代；臺積電將CoWoS封裝技術(shù)分為三種類型——CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L,不同類型在技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用有所區(qū)別。

臺積電將CoWoS封裝技術(shù)分為三種類型——CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L。其主要區(qū)別在于中介層的不同：

CoWoS的優(yōu)勢

高度集成：CoWoS封裝技術(shù)的一個顯著特點(diǎn)是它可以實(shí)現(xiàn)高度集成，這意味著多個芯片在一個封裝中可以實(shí)現(xiàn)高度集成，從而可以在更小的空間內(nèi)提供更強(qiáng)大的功能。這種技術(shù)特別適用于那些對空間效率有極高要求的行業(yè)，如互聯(lián)網(wǎng)、5G和人工智能。

高速和高可靠性：由于芯片與晶圓直接相連，CoWoS封裝技術(shù)可以提高信號傳輸速度和可靠性。此外，它還能有效地縮短電子器件的信號傳輸距離，從而減少傳輸時延和能量損失。

高性價比：相比于傳統(tǒng)的封裝技術(shù)，CoWoS技術(shù)可以降低芯片的制造成本和封裝成本。這是因?yàn)樗苊饬藗鹘y(tǒng)封裝技術(shù)中的繁瑣步驟，如銅線纏繞、耗材成本高等，從而可以提高生產(chǎn)效率和降低成本。

CoWoS的挑戰(zhàn)

制造復(fù)雜性：CoWoS是一種2.5D/3D集成技術(shù)，與前代技術(shù)相比，制造復(fù)雜性顯著增加。制造復(fù)雜性直接導(dǎo)致采用這種封裝技術(shù)的芯片成本增加。

集成和良率挑戰(zhàn)：2.5D和3D集成電路需要像任何其他集成電路一樣進(jìn)行測試，以確保它們沒有任何制造缺陷。然而，測試2.5D或3D集成電路要困難得多，因?yàn)槊總€晶圓芯片在安裝到中介層之前都需要單獨(dú)測試，安裝后還需要再次測試。除此之外，硅通孔(TSV)也需要測試。最后，大型硅中介層特別容易受到制造缺陷的影響，并可能導(dǎo)致產(chǎn)量損失。

電氣挑戰(zhàn)：信號完整性：邏輯晶圓到基板的互連：隨著數(shù)據(jù)速率的提高，由于TSV的寄生電容和電感，互連的信號傳輸會變差。為了解決這個問題，努力優(yōu)化TSV，以最大限度地降低電容和電感。邏輯晶圓芯片到HBM：SoC和HBM之間互連的眼圖性能瓶頸歸因于互連的寄生電阻和電容。電源完整性：CoWoS封裝通常用于具有較高數(shù)據(jù)切換率和較低工作電壓的高性能應(yīng)用。這使得這些封裝容易受到電源完整性挑戰(zhàn)。

散熱挑戰(zhàn)：由于中介層和基板之間的熱膨脹系數(shù)(CTE) 不同，CoWoS封裝會遇到散熱問題。使用有機(jī)中介層確實(shí)可以在一定程度上限制散熱問題。使用底部填充材料可以緩沖硅片和基板之間的熱失配，從而大大提高焊點(diǎn)的壽命。

國產(chǎn)CoWoS發(fā)展

盡管全球市場上CoWoS封裝技術(shù)幾乎被臺積電一家獨(dú)大，但中國大陸芯片產(chǎn)業(yè)在CoWoS封裝技術(shù)方面也取得了一定進(jìn)展。目前，國內(nèi)已有一些企業(yè)開始涉足CoWoS封裝領(lǐng)域，并努力縮小與國際先進(jìn)水平的差距。

中國大陸芯片產(chǎn)業(yè)在CoWoS封裝技術(shù)方面的研究和發(fā)展相對滯后，這主要是由于國內(nèi)在封裝技術(shù)領(lǐng)域的積累相對較少，同時缺乏與全球領(lǐng)先企業(yè)的合作與交流。然而，近年來，國內(nèi)一些企業(yè)開始加大在CoWoS封裝技術(shù)方面的研發(fā)投入，并取得了一些初步成果。

例如，長電科技、通富微電等企業(yè)在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域已有不俗實(shí)力，但在CoWoS這類超高端封裝技術(shù)上，它們也在努力追趕。長電科技近年來聚焦高性能先進(jìn)封裝技術(shù)，在汽車電子、5G通信、高性能計算等領(lǐng)域不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破。通富微電也在國內(nèi)和海外分別設(shè)有廠區(qū)，從事Chiplet封裝，兼顧包括前道interposer的生產(chǎn)。

此外，國內(nèi)還有一些新興企業(yè)開始涉足CoWoS封裝領(lǐng)域，如盛合晶微等。盛合晶微是華為合作體系的廠商，完成華為昇騰和鯤鵬芯片的先進(jìn)封裝，同時也從事Chiplet封裝和前道interposer的生產(chǎn)。

在CoWoS封裝技術(shù)的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作與協(xié)同至關(guān)重要。國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)正在加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作，共同推動CoWoS封裝技術(shù)的發(fā)展。

例如，在封裝設(shè)備方面，國內(nèi)已有一些企業(yè)開始涉足CoWoS封裝設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。芯碁微裝的LDI激光直寫光刻技術(shù)、新益昌的固晶技術(shù)、光力科技的劃片技術(shù)以及勁拓股份的貼片技術(shù)等，都是國內(nèi)封裝設(shè)備行業(yè)的佼佼者。這些企業(yè)為國產(chǎn)CoWoS封裝技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。

在封裝材料方面，國內(nèi)也有一些企業(yè)開始涉足CoWoS封裝材料的研發(fā)和生產(chǎn)。江豐電子的靶材、有研新材的電鍍鎳、飛凱材料的光刻膠和臨時鍵合技術(shù)以及強(qiáng)力新材的電鍍液和pspi等材料，都是國內(nèi)封裝材料行業(yè)的重要組成部分。這些材料為國產(chǎn)CoWoS封裝技術(shù)的發(fā)展提供了有力保障。

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